科学技术KE XUE JI SHU
壮族姑娘出嫁为什么要穿黑嫁衣?烟花爆竹T N T当量计算方法的探讨 王志初^张晓成4呈映昭：欧阳兵永1
I.江西省花炮质量监督检验站2.江西省应急管理科学研究院
摘 要：《烟花爆竹工程设计安全规范》中的安全距离主要是根据大量TNT爆炸试验数据而得，烟花爆竹的烟火药及 其制品燃烧爆炸相当于多少TNT—直没有深入研究，因此在工程设计中一直将所有烟火药及其半成品、成品的含药量视为 TNT当量，导致设计中建筑物与目标的安全允许距离偏大本文论述了烟火药TN T当量数据的主要来源，根据能量守恒定 律，分析了军用带壳弹药爆炸产物TNT当量的数学计算公式，探讨了烟花爆竹成品及半成品TN T当量的计算方法及应用实 例，使用TNT当量代替原来的烟火药总药量来定内、外部安全距离，可以节省大量的土地.:， 关键词：烟花爆竹TNT当量
1引言
军T.行业对爆炸的危害性有很深的研究，并 做了大量的对人和建筑物的毁伤评估试验或事故案
例统 计；对于烟花爆竹，我们需要做的工作是如何将烟火药及 制品换算成TNT的当量，再使丨fjTNT的研究成果来进行烟花 爆竹危害性评估
建筑物内、外部距离的确定是烟花爆竹T.程设计最重 要的一项内容，在《烟花爆竹工程设计安全规范》(GB50161 )表4.2.2、表4.2.3、表5.2.2等中，如果知道建筑 物的计算药量，则可查到建筑物与目标的最小允许距离，上述表中的数据主要来源于TNT爆炸试验的结果，表中的 il—算药M+指的是TNT的药量；fljGB50161自1992年颁布以 来，为了简单方便，或者说没有很好的计算TNT当量的方 法，工程设计中均将烟火药、半成品或成品的含药量当成 T N T的药量来确定最小允许距离，过高地加大了危险程 度，很不科学，也造成了土地的大量浪费，违背了国家的 相关土地政策 2
2 T N T“1 量
TNT当量常用来表示的威力，烟火药TNT当量是 指lkg烟火药爆炸时所释放的能姑相当的TNT质t t数.通常以当量系数f表示
由于T N T iM的重要性，前国家安全生产监督管理总 局于2008年颁布了《烟花爆竹烟火药TNT当量测定方法》(AQ 4105-2008 )，方法中测试冲击波参数非常麻烦，测 试成本也高，W此该方法实际没有应用烟花爆竹中的烟 火药、半成品、成品数以万计，依靠测试来获得TNT当量 数据，不太现实前些年，中国烟花爆竹协会组织过一次 烟火药药物TNT当量的测试，费用较大，得到的数据很 少，部分数
据应用在新修订的CB50161中。军下方面对武 器弹药的研究成果很多，比如在国防丁.业出版社出版的
《爆炸及其作用》一书中就有炮弹的TNT“彳量计算方法
烟花爆竹行业可以考虑借鉴一些军用方法来估算TNT4量，尤其是对烟花爆竹的半成品与成品=
3烟火约的T N T^a
烟火药的TNT当量主要依据于测试结果，在《民用爆 破器材T程设计安全规范》（GB50089-2007)和《地下及檀 土火药仓库设计安全规范》（GB50154-2009)中，列有 部分常用火药、的TINT当量系数，如在GB50089- 2007中，为0.40，单基火药0.65，双基火药0.70。在 《烟花爆竹工程设计安全规范》（送审稿）附录A中，列有部分烟火药的TNT当量系数，如爆竹药（加珍珠岩）0.76, 开苞药（加高氯酸钾）0.86，红光药0.54，喷花硝0.26
4带壳弹约爆炸产物T N T4M•的计兑
烟花爆竹C、D级成品极难发生爆炸，其建筑物外部 最小允许距离主要考虑的是防火，一方面防止外来火源引 燃产品，另一方面防止一旦建筑物发生事故，明火不会波 及外部目标；A、B级成品（喷花类除外），每个产品装药 量都很大，单个威力不小，在库房中又是集中堆放，具有
28I义地钟技与布碭第二十八卷总第期2〇
21年第1期
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爆炸的可能性；大多数半成品在堆枳过多或密闭情况下，
存吋能爆炸；因此，我们主要探讨A、B级成品及半成品的
TNT当量计算方法。
成品及半成品既有烟火药乂杳外壳，成品及半成品爆
炸后，烟火药放出的能量一部分消耗于壳体的变形、破碎
和破片的飞散，另一部分消耗于爆炸产物的膨胀和形成空
气冲击能，因此，与烟火药药物相比，空气冲击波的超压
和比冲量都要减小根据弹药研究结果，壳体的变形与破
碎消耗的能量约占1~3%，其消耗的能量可以忽略不计。这
样，根据能量守恒定律，重量为〇)的烟火药放出的总能量
为爆炸产物的内能和动能的增加（形成冲击波），以及破
片（纸和泥土）飞散的动能。通常认为，壳体破裂的瞬
间，破片速度接近最大值，这时破片带走的动能最多，剩2012中央经济工作会议
下的能量留给爆炸产物和空气冲击波=
在《爆炸及其作用》一书中，对带壳弹药(也可称为战
斗部)留给爆炸产物的当量量（TNT当量）的计算公式
为：
对于圆柱形战斗部：
be
r〇
r m
对于球形战斗部:
r3a5(l-a)j-u
(\ 1
be1L
5-235-2a
)J 式中：
0)--战斗部的装药量
01be-留给爆炸产物的当量装药量
n~战斗部的装填系数，装药量与战斗部总®量的比 值
装药半径
破片达到最大速度时的半径，一般钢壳取1.5r…，纸壳更小，可近似取1.2r。
5焖花爆竹成品及半成品T N T当量的l|-P：烟花爆竹企业T.程设计中内、外部距离的确定，首先 可以根据药物和危险品的一些参数，通过上面的带壳弹药 数学公式计算出危险品的TNT当量值，然后根据《烟花爆 竹工程设计安全规范》（GB501f)l-20〇9)表4.2.2、表 5.2.2中查出内、外部距离。
例：某内筒中转库，存药量为5〇〇kg，已知单个内筒 总重量为30g，其中开苞药为2g，红光药为8g.求该中转库 的TNT当量和内、外部距离。
解：假设库内的半成品在极端条件下会整体爆炸，可 以使用上述圆柱形战斗部的计算公式：
5.1求药物的TNT当量
已知开苞药当量系数为0.86，含量为20%；红光药为 0.56，含量为80%；计算可得出存药量500kg中的开苞药相 当于86kg的TNT装药量，红光药相当于224kg的TNT装药 M，贝I j500k_存药量相肖于310kg的TNT装药M
5.2求内筒的TNT当量
9心、^
其中=3.16, n=10/30, K)/rm=l/1.2,o>=310kg
代入公式计算可得〇>be=L%kg，即留给爆炸产物形成 冲击波的当M装药M为156kg
5.3该建筑物的内、外部距离
养路工人之歌按装药M为L%kg查GB50丨6丨-2009表4.2.2，外部距离 为：110m
络病理论
查GB50I61-2009表5.2.2，内部距离为：I4m(双有屏障) 如果不换算成TNT当量，按现在常用的500kg药量查 表，则外部距离为140m，内部距离(双有屏障)为20m。
5.4 土地利用率
如果是一个500kg存药M的内筒库，烟花爆竹企业T.程设计中规定以该库外部距离为半径画个阏的范围内均不 能有任何建筑物，以l l〇m为丨間的面积约为38000m2，以140m为圆的面枳约为6150(W，若按照TNT当H来设计，则可节省235(XW的面积。
6结语
烟火药的TNT当量系数已经有了部分数据；半成品、成品、甚至引线，均可使用上述的计算公式，方
便地计算 出TNT当量。上述公式的依据是因为在军用火方面，通过大量的建筑物破坏性试验和大量的爆炸事故统计，形 成了一套完整的理论体系和计算公式，烟花爆竹行业只要 将烟火药、半成品或成品换算成TNT当M，就可以确定 内、外部距离。使用TNT当M代替原来的烟火药总药量来 定内、外部安全距离，可以节省大量的土地。
参考文献
I北京工业学院八系.爆炸及其作用.北京：国防工业出版社, 1979
结构主义
2潘功配.烟花爆竹原理.南京：南京大学出版社，2013
第二十八卷总第1〇6期2〇21年第1期&地计技牙丨2
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